GLUKONOGENEZA

Glukoneogeneza jest syntezą glukozy z produktów innych niż węglowodany. Takie produkty lub metabolity to przede wszystkim kwas mlekowy i pirogronowy, tak zwane aminokwasy glikogeniczne, glicerol i wiele innych związków. Innymi słowy, prekursorami glukozy w glukoneogenezie może być pirogronian lub dowolny związek, który przekształca się w pirogronian podczas katabolizmu lub jeden z produktów pośrednich cyklu kwasu trikarboksylowego.

U kręgowców glukoneogeneza jest najbardziej intensywna w komórkach wątroby i nerek (w substancji korowej).

Większość etapów glukoneogenezy jest reakcją odwrotnej glikolizy. Tylko 3 reakcje glikolizy (heksokinaza, fosfo-fruktokinaza i kinaza pirogronianowa) są nieodwracalne, dlatego inne enzymy są stosowane w procesie glukoneogenezy w 3 etapach. Rozważ szlak syntezy glukozy z pirogronianu.

Tworzenie fosfoenolopirogronianu z pirogronianu. Syntezę fosfoenolopirogronianu prowadzi się w kilku etapach. Początkowo pirogronian pod wpływem karboksylazy pirogronianowej iz udziałem CO₂ a ATP jest karboksylowany z wytworzeniem szczawiooctanu:

Następnie, w wyniku dekarboksylacji i fosforylacji pod wpływem enzymu karboksylazy fosfoenolopirogronianowej, szczawiooctan przekształca się w fosfoenolopirogronian. Donorem pozostałości fosforanowej w reakcji jest trifosforan guanozyny (GTP):

Ustalono, że cytozol i enzymy mitochondrialne biorą udział w tworzeniu fosfoenolopirogronianu.

Pierwszy etap syntezy przebiega w mitochondriach (ryc. 10.6). Karboksylaza pirogronianowa, która katalizuje tę reakcję, jest allosterycznym enzymem mitochondrialnym. Acetylo-CoA jest wymagany jako allosteryczny aktywator tego enzymu. Błona mitochondrialna jest nieprzepuszczalna dla powstałego szczawiooctanu. Ten ostatni jest tutaj, w mitochondriach, przywrócony do jabłczanu:

Reakcja przebiega z udziałem mitochondrialnej zależnej od NAD dehydrogenazy jabłczanowej. W mitochondriach stosunek NADH / NAD + jest stosunkowo wysoki, a zatem szczawiooctan wewnątrzramowy jest łatwo przywracany do jabłczanu, który łatwo opuszcza mitochondria przez błonę mitochondrialną. W cytozolu stosunek NADH / NAD + jest bardzo niski, a jabłczan jest ponownie utleniany z udziałem cytoplazmatycznej zależnej od NAD dehydrogenazy jabłczanowej:

Dalsza konwersja szczawiooctanu do fosfoenolopirogronianu zachodzi w cytozolu komórki.

Transformacja fruktozo-1,6-bisfosforanu do fruktozo-6-fosforanu. W wyniku szeregu odwracalnych reakcji glikolizy fosfoenolopirogronian utworzony z pirogronianu zamienia się w fruktozo-1,6-bisfosforan. Następnie następuje reakcja fosfofruktokinazy, która jest nieodwracalna. Glukoneogeneza omija tę reakcję endergoniczną. Konwersja fruktozo-1,6-bis-fosforanu do fruktozo-6-fosforanu jest katalizowana przez specyficzną fosfatazę:

Rys. 10.6. Tworzenie pirogronianu fosfoenolu z pirogronianu. 1 - karboksylaza pirogronianowa; Dehydrogenaza 2-jabłczanowa (mitochondrialna); Dehydrogenaza 3-jabłczanowa (cytoplazmatyczna); Kinaza 4-fosfoenolopirogronianowa-karboksylowa.

Rys. 10.7. Glikoliza i glukoneogeneza. Czerwone strzałki wskazują szlaki „omijania” glukoneogenezy w biosyntezie glukozy z pirogronianu i mleczanu; liczby w okręgach wskazują odpowiedni etap glikolizy.

Tworzenie glukozy z glukozo-6-fosforanu. W późniejszym odwracalnym etapie biosyntezy glukozy fruktozo-6-fosforan przekształca się w glukozo-6-fosforan. Te ostatnie mogą być defosforylowane (tj. Reakcja omija reakcję heksokinazy) pod wpływem enzymu glukozo-6-fosfatazy:

Na rys. 10.7 przedstawia reakcje „obejścia” glukoneogenezy w biosyntezie glukozy z pirogronianu i mleczanu.

Regulacja glukoneogenezy. Ważnym punktem regulacji glukoneogenezy jest reakcja katalizowana przez karboksylazę pirogronianową. Rola pozytywnego allosterycznego modulatora tego enzymu jest wykonywana przez acetylo-CoA. W przypadku braku acetylo-CoA enzym jest prawie całkowicie pozbawiony aktywności. Gdy mitochondrialny acetylo-CoA gromadzi się w komórce, wzrasta biosynteza glukozy z pirogronianu. Wiadomo, że acetylo-CoA jest jednocześnie negatywnym modulatorem kompleksu dehydrogenazy pirogronianowej (patrz poniżej). W konsekwencji gromadzenie się acetylo-CoA spowalnia oksydacyjną dekarboksylację pirogronianu, co również przyczynia się do przemiany tego ostatniego w glukozę.

Innym ważnym punktem regulacji glukoneogenezy jest reakcja katalizowana przez fruktozo-1,6-bisfosfatazę, enzym, który jest hamowany przez AMP. AMP ma odwrotny wpływ na fosfofruktokinazę, to znaczy, że ten enzym jest allosterycznym aktywatorem. Przy niskich stężeniach AMP i wysokich poziomach ATP stymulowana jest glukoneogeneza. Przeciwnie, gdy stosunek ATP / AMP jest mały, w komórce obserwuje się podział glukozy.

W 1980 r. Grupa belgijskich naukowców (G. Hers i inni) odkryła fruktozo-2,6-bisfosforan w tkance wątroby, który jest potężnym regulatorem aktywności dwóch wymienionych enzymów:

Fruktoza 2,6-bisfosforan aktywuje fosfofruktokinazę i hamuje fruktozo-1,6-bisfosfatazę. Wzrost poziomu fruktozo-2,6-bis-fosforanu w komórce przyczynia się do zwiększenia glikolizy i zmniejszenia szybkości glukoneogenezy. Przez zmniejszenie stężenia fruktozo-2,6-bisfosforanu jest odwrotnie.

Ustalono, że biosynteza fruktozo-2,6-bisfosforanu pochodzi z fruktozo-6-fosforanu z udziałem ATP i rozpada się na fruktozo-6-fosforan i nieorganiczny fosforan. Biosynteza i rozkład fruktozo-2,6-bis-fosforanu jest katalizowany przez ten sam enzym, tj. Enzym ten jest dwufunkcyjny, posiada zarówno aktywność fosfokinazy, jak i fosfatazy:

Wykazano również, że enzym dwufunkcyjny jest z kolei regulowany przez fosforylację zależną od cAMP. Fosforylacja prowadzi do zwiększenia aktywności fosfatazy i zmniejszenia aktywności kinazy fosfo- rowej bifunkcyjnego enzymu. Mechanizm ten wyjaśnia szybki wpływ hormonów, w szczególności glukagonu, na poziom fruktozy 2,6-bisfosforanu w komórce (patrz rozdział 16).

Aktywność enzymu dwufunkcyjnego jest również regulowana przez niektóre metabolity, wśród których glikol-3-fosforan ma największe znaczenie. Wpływ glicerolu-3-fosforanu na enzym w jego kierunku jest podobny do efektu obserwowanego przy fosforylacji przez kinazy białkowe zależne od cAMP.

Obecnie fruktozo-2,6-bisfosforan, oprócz wątroby, występuje także w innych narządach i tkankach zwierząt, a także w roślinach i mikroorganizmach.

Wykazano, że glukoneogeneza może być również regulowana pośrednio, tj. poprzez zmianę aktywności enzymu, który nie jest bezpośrednio zaangażowany w syntezę glukozy. Tak więc ustalono, że enzym pirogronkinaza glikolizy występuje w 2 formach - L i M. Forma L (z angielskiej. Wątroba - wątroba) przeważa w tkankach zdolnych do glukoneogenezy. Ta postać jest hamowana przez nadmiar ATP i niektóre aminokwasy, w szczególności al-Nin. Forma M (z angielskiego. Mięśnie - mięsień) nie podlega takim regulacjom. W warunkach wystarczającego dostarczenia energii do komórki, forma L kinazy pirogronianowej jest hamowana. W wyniku hamowania następuje spowolnienie glikolizy i powstają warunki sprzyjające glukoneogegenezie.

Na koniec warto zauważyć, że istnieje ścisły związek między glikolizą, która intensywnie występuje w tkance mięśniowej podczas jej aktywnej aktywności, a gluko-neogenezą, szczególnie charakterystyczną dla tkanki wątroby. Przy maksymalnej aktywności mięśni w wyniku zwiększonej glikolizy nadmiar kwasu mlekowego dyfunduje do krwi, a znaczna jego część zamienia się w glukozę (glukoneogenezę) w wątrobie. Taka glukoza może być następnie wykorzystana jako substrat energetyczny niezbędny do aktywności tkanki mięśniowej. Związek między procesami glikolizy w tkance mięśniowej a glukoneogenezą w wątrobie można przedstawić jako schemat:

Glukoneogeneza w wątrobie

Tworzenie glukozy z mleczanu. Mleczan powstający w intensywnie pracujących mięśniach lub w komórkach z dominującą beztlenową metodą katabolizmu glukozy wchodzi do krwi, a następnie do wątroby. W wątrobie stosunek NADH / NAD + jest niższy niż w kurczącym się mięśniu, dlatego reakcja dehydrogenazy mleczanowej przebiega w przeciwnym kierunku, tj. w kierunku tworzenia pirogronianu z mleczanu. Następnie pirogronian bierze udział w glukoneogenezie, a powstająca glukoza przenika do krwi i jest wchłaniana przez mięśnie szkieletowe. Ta sekwencja zdarzeń nazywa się „cykl glukoza-mleczan ”lub„ cykl Corey„

Cykl Corey spełnia 2 podstawowe funkcje: 1 - zapewnia wykorzystanie mleczanu; 2 - zapobiega gromadzeniu się mleczanu, aw konsekwencji niebezpiecznemu obniżeniu pH (kwasicy mleczanowej). Część pirogronianu utworzonego z mleczanu jest utleniana przez wątrobę do CO₂ i H₂O. Energię utleniania można wykorzystać do syntezy ATP, która jest niezbędna do reakcji glukoneogenezy.

Tworzenie się glukozy z aminokwasów. Aminokwasy, które po katabolizacji zamieniają się w pirogronian lub metabolity cyklu cytrynianowego, można uznać za potencjalne prekursory glukozy i glikogenu i nazywane są glikogenami. Na przykład oksa-looctan, który powstaje z kwasu asparaginowego, jest produktem pośrednim zarówno cyklu cytrynianowego, jak i glukoneogenezy. Spośród wszystkich aminokwasów wchodzących do wątroby około 30% to alanina. Dzieje się tak, ponieważ rozpad białek mięśniowych wytwarza aminokwasy, z których wiele jest natychmiast przekształcanych w pirogronian lub najpierw w szczawiooctan, a następnie w pirogronian. Ten ostatni jest przekształcany w alaninę, pozyskując grupę aminową z innych aminokwasów. Alanina z mięśni jest transportowana przez krew do wątroby, gdzie jest ponownie przekształcana w pirogronian, który jest częściowo utleniony i częściowo włączony do neogenezy glukozy. Dlatego występuje następująca sekwencja zdarzeń (cykl glukoza-alanina): glukoza w mięśniach → pirogronian w mięśniach → alanina w mięśniach → alanina w wątrobie → glukoza w wątrobie → glukoza w mięśniach. Cały cykl nie prowadzi do zwiększenia ilości glukozy w mięśniach, ale rozwiązuje problemy transportu azotu aminowego z mięśni do wątroby i zapobiega kwasicy mleczanowej.

Tworzenie glukozy z glicerolu. Glicerol powstaje w wyniku hydrolizy triacylogliceroli, głównie w tkance tłuszczowej. Tylko te tkanki, które mają enzym kinazę glicerolową, na przykład wątrobę, nerki, mogą z niego korzystać. Ten enzym zależny od ATP katalizuje przemianę glicerolu w α-glicerofosforan (glicerol-3-fosforan). Gdy glicerol-3-fosforan jest zawarty w glukoneogenezie, jest on odwadniany dehydrogenazą zależną od NAD, tworząc fosforan dihydroksyacetonu, który jest następnie przekształcany w glukozę.

35,35 Idea szlaku pentozowego fosforanu przemian glukozy. Reakcje utleniające (do stadium rybulozo-5-fosforanu). Rozkład i całkowite wyniki tej ścieżki (tworzenie pentoz, NADPH i energii)

Szlak fosforanu pentozy, zwany także bocznikiem heksomonofosforanowym, służy jako alternatywa utleniania glukozo-6-fosforanu. Szlak pentozofosforanowy składa się z 2 faz (części) - utleniającej i nieutleniającej.

W fazie utleniania glukozo-6-fosforan utlenia się nieodwracalnie w pentozę - rybulozo-5-fosforan i powstaje zredukowany NADPH. W fazie nieutleniającej rybulozo-5-fosforan jest odwracalnie przekształcany w metabolity rybozo-5-fosforanu i glikolizy. Szlak pentozofosforanowy dostarcza rybozom rybozy do syntezy nukleotydów purynowych i pirymidynowych i uwodornia koenzym NADPH, który jest stosowany w procesach regeneracyjnych. Całkowite równanie szlaku pentozofosforanowego wyraża się następująco:

3 Glukozo-6-fosforan + 6 NADP + → 3 CO₂ + 6 (NADPH + H +) + 2 fruktozo-6-fosforan + gliceraldehyd-3-fosforan.

Enzymy szlaku fosforanu pentozy, jak również enzymy glikolizy, są zlokalizowane w cytozolu. Najbardziej aktywny szlak fosforanu pentozy występuje w tkance tłuszczowej, wątrobie, korze nadnerczy, erytrocytach, gruczole sutkowym podczas laktacji, jądrach.

W utleniającej części szlaku pentozofosforanowegoglukozo-6-fosforan ulega oksydacyjnej dekarboksylacji, co powoduje powstawanie pentoz. Ten etap obejmuje 2 reakcje odwodornienia.

Pierwsza reakcja odwodornienia - konwersja glukozo-6-fosforanu do glukonolaktonu-6-fosforanu - jest katalizowana przez zależną od NADP + dehydrogenazę glukozo-6-fosforanową i towarzyszy jej utlenianie grupy aldehydowej na pierwszym atomie węgla i tworzenie jednej zredukowanej cząsteczki NADPH koenzymu. Następnie, 6-fosforan glukonolaktonu jest szybko przekształcany w 6-fosfoglukonian z udziałem enzymu hydratazy glukonolaktonu. Enzym dehydrogenaza 6-fosfoglukonianowa katalizuje drugą reakcję odwodornienia części utleniającej, podczas której zachodzi również dekarboksylacja. W tym przypadku łańcuch węglowy jest skracany o jeden atom węgla, tworzy się rybulozo-5-fosforan i powstaje druga uwodorniona cząsteczka NADPH. Odtworzony NADPH hamuje pierwszy enzym na etapie utleniania szlaku pentozofosforanowego - dehydrogenaza glukozo-6-fosforanowa. Konwersja NADPH do stanu utlenionego NADP + prowadzi do słabszego hamowania enzymu. Szybkość odpowiedniej reakcji wzrasta i tworzy się większa ilość NADPH.

Całkowite równanie stopnia utlenienia fosforan pentozyścieżki mogą być reprezentowane jako:

Reakcje utleniania są głównym źródłem NADPH w komórkach. Uwodornione koenzymy dostarczają wodór z procesami biosyntezy, reakcjami redoks obejmującymi ochronę komórek przed reaktywnymi formami tlenu.

Etap oksydacyjny tworzenia pentozy i etap nieutleniający (ścieżka powrotu pentoz do heksoz) tworzą cykliczny proces. Taki proces można opisać za pomocą ogólnego równania:

Oznacza to, że 6 cząsteczek glukozo-5-fosforanu (pentoz) i 6 cząsteczek CO powstaje z 6 cząsteczek glukozy₂. Enzymy fazy nieutleniającej przekształcają 6 cząsteczek rybulozo-5-fosforanu w 5 cząsteczek glukozy (heksozy). Gdy reakcje te są przeprowadzane kolejno, jedynym użytecznym produktem jest NADPH, który powstaje w fazie utleniania szlaku pentozofosforanowego. Ten proces jest nazywany cykl fosforanu pentozy. Przepływ cyklu fosforanu pentozy pozwala komórkom wytwarzać NADPH, który jest niezbędny do syntezy tłuszczów, bez gromadzenia pentoz.

Energia uwalniana podczas rozkładu glukozy jest przekształcana w energię wysokoenergetycznego donora wodoru - NADPH. Uwodorniony NADPH służy jako źródło wodoru do syntez redukujących, a energia NADPH jest przekształcana i magazynowana w nowo syntetyzowanych substancjach, takich jak kwasy tłuszczowe, uwalniane podczas ich katabolizmu i wykorzystywane przez komórki.

Glukoneogeneza

Treść

Glukoneogeneza to proces powstawania w wątrobie i częściowo w substancji korowej nerek (około 10%) cząsteczek glukozy z cząsteczek innych związków organicznych - źródeł energii, takich jak wolne aminokwasy, kwas mlekowy, glicerol. Wolne kwasy tłuszczowe ssaków nie są stosowane do glukoneogenezy.

Etapy glukoneogenezy powtarzają etapy glikolizy w przeciwnym kierunku i są katalizowane przez te same enzymy, z wyjątkiem 4 reakcji:

• Konwersja pirogronianu do szczawiooctanu (enzym karboksylazy pirogronianowej)
• Transformacja szczawiooctanu w fosfoenolopirogronianu (karboksykinaza fosfoenolopirogronianowa)
• Konwersja 1,6-difosforanu fruktozy do fruktozo-6-fosforanu (enzym fruktozo-1,6-difosfatazy)
• Konwersja glukozo-6-fosforanu do glukozy (enzymu glukozo-6-fosfatazy)

Równanie całkowitej glukoneogenezy: 2 CH3COCOOH + 4ATP + 2GTP + 2NADH.H + + 6 H2O = C6H12O6 + 2NAD + 4ADP + 2GDP + 6Pn.

Rola w ciele Edytuj

Podczas postu w organizmie człowieka aktywnie wykorzystywane są rezerwy składników odżywczych (glikogen, kwasy tłuszczowe). Są rozbijane na aminokwasy, keto kwasy i inne związki niewęglowodanowe. Większość tych związków nie jest wydalana z organizmu, ale jest poddawana recyklingowi. Substancje są transportowane przez krew do wątroby z innych tkanek i są wykorzystywane w glukoneogenezie do syntezy glukozy - głównego źródła energii w organizmie. Tak więc, gdy organizm jest wyczerpany, glukoneogeneza jest głównym dostawcą substratów energetycznych.

Wpływ alkoholu na glukoneogenezę Edytuj

Jest jeszcze jeden aspekt, który należy pamiętać, rozważając glukoneogenezę z punktu widzenia ludzkiej biologii i medycyny. Spożycie dużych ilości alkoholu dramatycznie hamuje glukoneogenezę w wątrobie, co powoduje obniżenie poziomu glukozy we krwi. Ten stan nazywa się hipoglikemią. Ten efekt alkoholu wpływa szczególnie ostro po ciężkim wysiłku fizycznym lub na pusty żołądek. Jeśli osoba pije alkohol po długiej i ciężkiej pracy fizycznej, poziom glukozy we krwi może spaść do 40 lub nawet 30% normy. Hipoglikemia niekorzystnie wpływa na funkcjonowanie mózgu. Jest to szczególnie niebezpieczne dla tych obszarów, które kontrolują temperaturę ciała, tak że na przykład pod wpływem hipoglikemii temperatura ciała może spaść o 2 ° C lub więcej (mierzona w odbytnicy). Jeśli dana osoba otrzyma taki stan, aby wypić roztwór glukozy, wówczas normalna temperatura ciała szybko się poprawi. Stary zwyczaj, który zalecał dawanie głodnym lub wyczerpanym ludziom whisky lub brandy tym, którzy zostali uratowani na morzu lub na pustyni, jest fizjologicznie nieuzasadniony, a nawet niebezpieczny; w takich przypadkach należy podać glukozę.

Glukoneogeneza, zanik mięśni i słabe gojenie ran Edytuj

Glukagon zaczyna stymulować glukoneogenezę po około 6 godzinach głodzenia, ale intensywna stymulacja glukoneogenezy następuje po 32 godzinach głodzenia, gdy aktywowany jest hormon kortyzol. Uwaga: hormon glikokortykosteroidowy kortyzolu jest sterydem katabolicznym. Aktywuje rozpad białek mięśniowych i innych tkanek na aminokwasy, które działają jako prekursory glukozy w glukoneogenezie. Zanik mięśni jest niezbędnym środkiem, który należy podjąć, aby dostarczyć glukozy do mózgu. Dlatego konieczne jest zapewnienie dodatkowego pożywienia pacjentom wychodzącym z operacji lub rozległym urazom (na przykład, długotrwały zespół ściskający lub ciężkie oparzenia). Jeśli pacjent nie otrzyma wystarczającej ilości pożywienia, w jego ciele dominują procesy kataboliczne i następuje wyczerpanie mięśni i tkanek. Aby rany się zagoiły, konieczne jest wzmocnienie procesów anabolicznych, dla których wymagane jest dodatkowe jedzenie.

Glikoliza i glukoneogeneza wzajemnie się uzupełniają

Ponieważ synteza i utlenianie glukozy są niezwykle ważne dla istnienia komórki (glikolizy) i całego organizmu (glukoneogenezy), regulacja tych procesów spełnia wymagania organów i tkanek w różnych warunkach istnienia.

Od glikolitycznego utleniania glukozy

• jest sposobem pozyskiwania energii w warunkach tlenowych i beztlenowych, stale występuje we wszystkich komórkach i, oczywiście, musi i będzie aktywowany, gdy komórka działa bardziej wydajnie, na przykład skurcz miocytów, ruch neutrofilów;
• Jeśli glicerol i acetyl-ScoA są stosowane do syntezy tłuszczów w hepatocytach i adipocytach, to utlenianie jest aktywowane z nadmiarem glukozy w tych komórkach.

Konieczna jest glukoneogeneza, ponieważ tworzenie się glukozy w wątrobie ze źródeł innych niż węglowodany:

• podczas hipoglikemii podczas obciążenia mięśni - synteza glukozy z kwasu mlekowego pochodzącego z pracujących mięśni iz glicerolu, który powstaje podczas mobilizacji tłuszczu;
• z hipoglikemią z krótkim postem (do 24 godzin) - synteza głównie z kwasu mlekowego, stale przedostająca się do wątroby z erytrocytów,
• z hipoglikemią podczas długotrwałego głodzenia - głównie synteza aminokwasów powstających podczas katabolizmu białek, a także z kwasu mlekowego i gliceryny.

Zatem glukoneogeneza, przechodząc do wątroby, dostarcza wszystkim innym komórkom i organom (czerwone krwinki, tkanka nerwowa, mięśnie, itp.) Glukozę, w której aktywne są procesy wymagające glukozy. Wejście glukozy do tych komórek jest również konieczne w celu utrzymania stężenia szczawiooctanu i zapewnienia spalania w TCA acetylo-SKOA pochodzącej z kwasów tłuszczowych lub ciał ketonowych.

Ogólnie można wyróżnić dwa sposoby regulacji glikolizy i glukoneogenezy: hormonalne z udziałem hormonów i metaboliczne, tj. przy użyciu pośrednich lub końcowych produktów metabolizmu glukozy.

Istnieją trzy główne obszary, w których procesy te są regulowane:

• pierwsza reakcja glikolizy,
• trzecia reakcja glikolizy i odwracalna dla niej,
• dziesiąta reakcja glikolizy i odwracalna do niej.

Regulacja glukoneogenezy

Hormonalną aktywację glukoneogenezy prowadzi się przez glukokortykoidy, które zwiększają syntezę karboksylazy pirogronianowej, karboksykinazy fosfoenolopirogronianowej, 1,6-difosfatazy fruktozowej. Glukagon stymuluje te same enzymy poprzez mechanizm cyklazy adenylanowej przez fosforylację.

Energia do glukoneogenezy pochodzi z β-utleniania kwasów tłuszczowych. Końcowy produkt tego utleniania, acetylo-SCAA, allosterycznie stymuluje aktywność pierwszego enzymu glukoneogenezy, karboksylazy pirogronianowej. Ponadto fruktozo-1,6-difosfataza jest stymulowana przy udziale ATP.

Hormonalne i metaboliczne czynniki regulujące glikolizę i glukoneogenezę

Regulacja glikolizy

Regulacja hormonalna

W wątrobie glikoliza jest stymulowana przez insulinę, która zwiększa liczbę kluczowych enzymów glikolizy (heksokinaza, fosfofruktokinaza, kinaza pirogronianowa).

W wątrobie aktywność glukokinazy, z wyjątkiem insuliny, jest regulowana przez inne hormony:

• aktywacja jest spowodowana przez jądra anon,
• ich aktywność hamuje glikokortykoidy i estrogeny.

W innych tkankach aktywność heksokinaz

• wzrasta pod wpływem hormonów tarczycy,
• zmniejszone przez glikokortykoidy i somatotropinę.

Regulacja metaboliczna

Heksokinaza komórek nie-wątrobowych jest hamowana przez produkt własnej reakcji, glukozo-6-fosforan.

Fosfofruktokinaza:

• aktywowany przez AMP i jego własny substrat (fruktozo-6-fosforan),
• zahamowany - ATP, kwas cytrynowy, kwasy tłuszczowe.

Kinaza pirogronianowa jest aktywowana przez 1,6-difosforan fruktozy (bezpośrednia regulacja dodatnia).

Cząsteczki AMP, stymulujące glikolizę, powstają w reakcji kinazy adenylanowej, aktywowanej, gdy pojawia się nadmiar ADP. Szczególnie żywo wartość takiej regulacji przejawia się w pracy mięśniowej:

Glukoneogeneza

Glukoneogeneza to proces powstawania w wątrobie i częściowo w substancji korowej nerek (około 10%) cząsteczek glukozy z cząsteczek innych związków organicznych - źródeł energii, takich jak wolne aminokwasy, kwas mlekowy, glicerol. Wolne kwasy tłuszczowe ssaków nie są stosowane do glukoneogenezy.

Treść

Etapy glukoneogenezy

Etapy glukoneogenezy powtarzają etapy glikolizy w przeciwnym kierunku i są katalizowane przez te same enzymy, z wyjątkiem 4 reakcji:

1. Konwersja pirogronianu do szczawiooctanu (enzym karboksylazy pirogronianowej)
2. Transformacja szczawiooctanu w fosfoenolopirogronianu (karboksykinaza fosfoenolopirogronianowa)
3. Konwersja 1,6-difosforanu fruktozy do fruktozo-6-fosforanu (enzym fruktozo-1,6-difosfatazy)
4. Konwersja glukozo-6-fosforanu do glukozy (enzymu glukozo-6-fosfatazy)

Równanie całkowitej glukoneogenezy: 2 CH₃COCOOH + 4ATP + 2GTP + 2NADH. H + + 6 H₂O = C₆H₁₂O₆ + 2NAD + 4ADP + 2GDP + 6P_n [1].

Rola w ciele

Podczas postu w organizmie człowieka aktywnie wykorzystywane są rezerwy składników odżywczych (glikogen, kwasy tłuszczowe). Są rozbijane na aminokwasy, keto kwasy i inne związki niewęglowodanowe. Większość tych związków nie jest wydalana z organizmu, ale jest poddawana recyklingowi. Substancje są transportowane przez krew do wątroby z innych tkanek i są wykorzystywane w glukoneogenezie do syntezy glukozy - głównego źródła energii w organizmie. Tak więc, gdy organizm jest wyczerpany, glukoneogeneza jest głównym dostawcą substratów energetycznych.

Uwagi

1. ↑ Biochemia wizualna. Jan Kohlman, Klaus-Heinrich Rem, Jürgen Wirth. M., Mir, 2000, s. 302

Linki

• Znajdź i uporządkuj w formie przypisów linki do renomowanych źródeł potwierdzających pisanie.
• Uzupełnij artykuł (artykuł jest zbyt krótki lub zawiera tylko definicję słownika).

Fundacja Wikimedia. 2010

Zobacz, co „Gluconeogenesis” w innych słownikach:

glukoneogeneza - glukoneogeneza... Słownikowe odniesienie ortograficzne

GLUCONEOGENESIS - proces tworzenia glukozy w organizmie zwierzęcia (głównie w wątrobie) z białek, tłuszczów i innych substancji innych niż węglowodany, na przykład z gliceryny... Duży słownik encyklopedyczny

GLUCONEOGENESIS - biochemia. tworzenie glukozy z prekursorów innych niż węglowodany. Wspólnym centrum, sposobem G. w organizmach żywych jest biosynteza glukozy od pirogronu do pirogronianu. Ogólne równanie G: 2 pirogronian + 4 ATP + 2 GTP (ITP) + + 2 NAD • H + 2H +... Biologiczny słownik encyklopedyczny

glukoneogeneza - patrz glukogeneza. (Źródło: „Microbiology: Glossary of terms”, N. Firsov, M: Drofa, 2006)... Dictionary of Microbiology

glukoneogeneza - n., liczba synonimów: 1 • reaction (33) ASIS Słownik synonimów. V.N. Trishin. 2013... Słownik synonimów

glukoneogeneza - - biosynteza glukozy, postępuje podobnie do glikolizy, ale w przeciwnym kierunku... Krótki słowniczek terminów biochemicznych

Glukoneogeneza - biosynteza glukozy z prekursorów nie będących węglowodanami, takich jak pirogroniany, aminokwasy, gliceryna [http://www.dunwoodypress.com/148/PDF/Biotech Eng Rus.pdf] Tematy biotechnologii PL glukoneogeneza... Książka referencyjna tłumacza technicznego

Glukoneogeneza jest procesem tworzenia glukozy w organizmie zwierzęcia (głównie w wątrobie) z białek, tłuszczów i innych substancji (nie z węglowodanów), na przykład z glicerolu. * * * GLUCONEOGENESIS GLUCONEOGENESIS, proces powstawania glukozy w ciele zwierzęcia...... Słownik encyklopedyczny

GLUCONEOGENESIS - (z greckiego. Glykys sweet, neos new i genesis birth, lineage), synteza monosacharydów (Ch. Arg. Glukoza) z prekursorów innych niż węglowodany, które występują w żywych komórkach pod wpływem enzymów. G. przeprowadzone w przeciwnym kierunku...... Encyklopedia chemiczna

GLUKONOGENEZA - proces tworzenia glukozy w organizmie zwierzęcym (głównie w wątrobie), na przykład z białek, tłuszczów itp. W (nie z węglowodanów). z gliceryny. Głuszec: aktualna samiec i samica (powyżej)... Nauka przyrodnicza. Słownik encyklopedyczny

Glukoneogeneza. Rola wątroby w metabolizmie węglowodanów;

Uwalnianie ATP w tlenowym rozkładzie glukozy.

Tworzenie ATP podczas glikolizy może przebiegać na dwa sposoby:

1. Fosforylacja substratu przy syntezie ATP z ADP i H₃Ro₄ wykorzystywana jest energia wiązania makroergicznego podłoża.

2. Fosforylacja oksydacyjna z powodu energii przenoszenia elektronów i protonów wzdłuż CPE (kompleksy oddychania tkankowego).

W warunkach tlenowych 2 cząsteczki NADH → łańcuch oddechowy są „zapisywane” i tworzą 3 · 2 = 6 cząsteczek ATP. (Łańcuch oddechowy utleniający NADH ma 3 punkty fosforylacji - są to I, III, IV. Kompleksy łańcucha oddechowego na cząsteczkę O₂ - 3 cząsteczki H₃Ro₄. (P / O = 3) jest współczynnikiem fosforylacji Biorąc pod uwagę 2 cząsteczki ATP syntetyzowane w reakcjach fosforylacji do etapu tworzenia pirogronianu, w pierwszym etapie otrzymujemy 2ATP + 6ATP = 8ATP.

Jeśli substraty zależne od FAD są utleniane w łańcuchu oddechowym, punkty koniugacji pozostają 2: III i IV kompleksy (P / O = 2) na cząsteczkę O₂ - 2 cząsteczki H₃Ro₄.

Tak więc na trzecim etapie, dzięki donorowi wodoru i odpowiedniej funkcji energetycznej cyklu Krebsa, otrzymujemy 24 ATP.

W sumie, we wszystkich trzech etapach tlenowego utleniania 1 mola glukozy, otrzymujemy 38 moli ATP.

Całkowita energia rozkładu glukozy wynosi 2880 kJ / mol. Energia swobodna hydrolizy wiązania ATP o wysokiej energii wynosi 50 kJ / mol. Do syntezy ATP w utlenianiu stosuje się glukozę 38 · 50 = 1900 kJ, co stanowi 65% całkowitej energii rozkładu glukozy. Jest to maksymalna możliwa wydajność energetyczna glukozy.

Wartość beztlenowej glikolizy.

Glikoliza beztlenowa, pomimo niewielkiego efektu energetycznego, jest głównym źródłem energii dla mięśni szkieletowych w początkowym okresie intensywnej pracy, tj. w warunkach, w których dostawa tlenu jest ograniczona.

Ponadto dojrzałe czerwone krwinki pobierają energię poprzez beztlenowe utlenianie glukozy, ponieważ nie mają mitochondriów.

Glukoneogeneza jest syntezą glukozy z substancji innych niż węglowodany.

Główne substraty glukoneogenezy:

Mleczan jest produktem beztlenowej glikolizy w erytrocytach i pracujących mięśniach, jest stale stosowany w glukoneogenezie.

Gliceryna jest uwalniana podczas hydrolizy tłuszczów lub podczas ćwiczeń.

Aminokwasy - powstają podczas rozpadu białek mięśniowych i są zawarte w glukoneogenezie z przedłużoną postem lub przedłużoną pracą mięśni.

Krebs Cycle Substrates

Kwasy tłuszczowe nie mogą służyć jako źródło glukozy.

Schemat włączenia substratów do glukoneogenezy.

Glukoneogeneza zapewnia organizmowi zapotrzebowanie na glukozę w przypadkach, gdy spadek glukozy nie jest kompensowany przez glikogen wątrobowy. Na przykład: przy stosunkowo długim poście lub ostrym ograniczeniu węglowodanów w diecie.

Utrzymywanie poziomu glukozy we krwi podczas długotrwałego głodzenia i intensywnego wysiłku fizycznego. W warunkach beztlenowych mięśnie zużywają tylko glukozę na potrzeby energetyczne;

Stałe dostarczanie glukozy jako źródła energii jest absolutnie niezbędne dla tkanki nerwowej (mózgu) i czerwonych krwinek.

Glukoza jest również niezbędna dla tkanki tłuszczowej do syntezy glicerolu, integralnej części lipidów.

Proces glukoneogenezy zachodzi głównie w wątrobie i mniej intensywny w korowej substancji nerek, jak również w błonie śluzowej jelit.

Reakcje glikolizy zachodzą w cytozolu, a część reakcji glukoneogenezy zachodzi w mitochondriach.

Włączenie różnych substratów do glikoneogenezy zależy od stanu fizjologicznego organizmu.

Całkowite równanie glukoneogenezy:

Najbardziej znacząca formacja glukozy, głównie z pirogronianu, ponieważ jest łatwo przekształcana w główny aminokwas glikogeniczny - alaninę, a także kwas mlekowy, który działając w znacznych ilościach do krwi z mięśni po wysiłku, w wątrobie pod wpływem LDH utlenia się do pirogronian. W procesie katabolizmu substratów cyklu Krebsa powstaje szczawiooctan, który jest również włączony w reakcję glukoneogenezy.

Główne etapy glukoneogenezy pokrywają się z reakcjami glikolizy i są katalizowane przez te same enzymy, tylko one postępują w przeciwnym kierunku.

Istnieje jednak bardzo ważna cecha ze względu na fakt, że 3 reakcje w glikolizie katalizowane przez kinazy: heksokinazę, fosfofruktokinazę i kinazę pirogronianową są nieodwracalne. Bariery te omija się w glukoneogenezie poprzez specjalne reakcje.

Rozważ reakcje glukoneogenezy, które różnią się od reakcji glikolizy i występują w glukoneogenezie przy użyciu innych enzymów.

1. Tworzenie fosfoenolopirogronianu z pirogronianu (z pominięciem reakcji kinazy pirogronianowej).

Reakcja jest katalizowana przez dwa enzymy: karboksylazę pirogronianową i karboksykinazę fosfoenolopirogronianową.

Pierwsza reakcja ma miejsce w mitochondriach. Enzym - karboksylaza pirogronianowa jest zależna od biotyny (reakcje karboksylacji w komórkach zachodzą z udziałem witaminy H):

Pirogronian + CO₂ + ATP + H₂O szczawiooctanie karboksylazy pirogronianowej (SCHUK) + ADP + H₃Ro₄

Reakcja przebiega przy użyciu ATP.

Następnie do reakcji wchodzi drugi własny enzym glukoneogenezy, karboksykinaza fosfoenolopirogronianowa, reakcja przebiega w cytozolu:

SchUK + GTP fosfoenolpiruvatcarbokskniaza Fostoenolpyruvate + Z₂ + HDF

W tej reakcji tworzenie się mactoergicznego wiązania fosfoenolopirogronianu wynika z energii GTP, podczas gdy zachodzi dekarboksylacja szczawiooctanu.

Następnie następuje reakcja glikolizy w kierunku przeciwnym do etapu tworzenia 1,6-difosforanu fruktozy.

1. Hydroliza fruktozy-1,6-difosforanu (z pominięciem reakcji fosfofruktokinazy).

1,6-difosforan fruktozy + H₂O Fruktozobifosfataza Fruktozo-6-fosforan + N₃Ro₄

1. Hydroliza fruktozo-6-fosforanu (z pominięciem reakcji heksokinazy)

Enzymo-fosfataza glukozo-6-fosforan - fosfoheksoizomeraza.

Glukozo-6-fosforan + N₂O glukozo-6-fosfatazie Glukoza + N₃Ro₄

Wolna glukoza, która powstaje podczas tej reakcji, pochodzi z wątroby do krwiobiegu i jest wykorzystywana przez tkanki.

Bilans energetyczny glukoneogenezy z pirogronianu: 6 moli ATP zużywa się do syntezy 1 mola glukozy i 2 moli pirogronianu.

Ważne glukoneogeneza z gliceryny i aminokwasy.

Podczas postu, kiedy kwasy tłuszczowe są silnie spożywane jako źródła energii, gliceryna jest wytwarzana w dużych ilościach, które aktywowane przez ATP pod wpływem glicerokinazy są przekształcane w α-glicerofosforan, a następnie utleniane przez dehydrogenazę glicerofosforanową do substratu glikolizy fosfodiooksyacetonu.

Ponadto fosfodiooksyaceton stosuje się w syntezie glukozy, tj. w glukoneogenezie.

Glukoneogeneza z mleczanu.

Mleczan powstały podczas tlenowej glikolizy jest przekształcany w pirogronian w wątrobie, a mleczan powstający w intensywnie pracujących mięśniach wchodzi do krwi, a następnie do wątroby i jest przekształcany w pirogronian przez LDH, który jest zawarty w glukoneogenezie, a powstająca glukoza przenika do krwi i jest wchłaniana przez szkielet mięśnie - ta sekwencja nazywana jest cyklem Corey lub cyklem glukoza-mleczan.

Dla każdej cząsteczki mleczanu podczas glukoneogenezy zużywane są trzy cząsteczki ATP (dokładniej, dwa ATP i jeden GTP); Ponieważ tworzenie glukozy wymaga 2 cząsteczek mleczanu, całkowity proces glukoneogenezy z mleczanu opisano w następujący sposób:

2 mleczan + 6 ATP + 6 N₂O → glukozie + 6 ADP + 6 N₃Ro₄.

Powstała w ten sposób glukoza może ponownie wejść do mięśni i przekształcić się w kwas mlekowy.

Glukoza + 2 ADP + 2 N₃Ro₄ → 2 mleczany + 2 ATP + 2 N₂O.

W rezultacie, w wyniku działania cyklu Corey (cyklu glukozowo-mleczanowego), pracujące mięśnie wytwarzają 2 ATP zużywając 6 ATP w wątrobie.

SYNTEZA GLUKOZY W WĄTROBIE (GLUKONOGENESJA)

Glukoneogeneza to proces syntezy glukozy z substancji innych niż węglowodany. U ssaków funkcja ta jest wykonywana głównie przez wątrobę, w mniejszym stopniu - przez nerki i komórki błony śluzowej jelit. Głównymi substratami glukoneogenezy są pirogronian, mleczan, gliceryna, aminokwasy (Figura 10).

Glukoneogeneza zapewnia organizmowi zapotrzebowanie na glukozę w przypadkach, gdy dieta zawiera niewystarczającą ilość węglowodanów (ćwiczenia, głodzenie). Stałe spożycie glukozy jest szczególnie konieczne dla układu nerwowego i czerwonych krwinek. Gdy stężenie glukozy we krwi spada poniżej pewnego poziomu krytycznego, funkcjonowanie mózgu jest upośledzone; w ciężkiej hipoglikemii występuje śpiączka i może wystąpić śmierć.

Podaż glikogenu w organizmie jest wystarczająca, aby spełnić wymagania dotyczące glukozy między posiłkami. Gdy węglowodany lub pełny głód, a także w warunkach przedłużonej pracy fizycznej, stężenie glukozy we krwi jest utrzymywane przez glukoneogenezę. Substancje, które mogą przekształcić się w pirogronian lub jakikolwiek inny metabolit glukoneogenezy, mogą być zaangażowane w ten proces. Na rysunku pokazano punkty włączenia pierwotnych substratów w glukoneogenezie:

Glukoza jest niezbędna dla tkanki tłuszczowej jako źródła glicerolu, który jest częścią glicerydów; odgrywa znaczącą rolę w utrzymywaniu skutecznych stężeń metabolitów cyklu kwasu cytrynowego w wielu tkankach. Nawet w warunkach, w których większość potrzeb kalorycznych organizmu zaspokaja tłuszcz, zawsze istnieje pewne zapotrzebowanie na glukozę. Ponadto glukoza jest jedynym paliwem do pracy mięśni szkieletowych w warunkach beztlenowych. Jest prekursorem cukru mlecznego (laktozy) w gruczołach mlecznych i jest aktywnie spożywany przez płód w okresie rozwojowym. Mechanizm glukoneogenezy jest stosowany do usuwania produktów metabolizmu tkankowego z krwi, takich jak mleczan powstający w mięśniach i czerwonych krwinkach, glicerol, który jest stale formowany w tkance tłuszczowej

Włączenie różnych substratów do glukoneogenezy zależy od stanu fizjologicznego organizmu. Mleczan jest produktem beztlenowej glikolizy w czerwonych krwinkach i pracujących mięśniach. Gliceryna jest uwalniana podczas hydrolizy tłuszczu w tkance tłuszczowej w okresie po adsorpcji lub podczas wysiłku. Aminokwasy powstają w wyniku rozpadu białek mięśniowych.

Siedem reakcji glikolizy jest łatwo odwracalnych i stosuje się je w glukoneogenezie. Ale trzy reakcje kinazy są nieodwracalne i muszą być przetaczane (ryc. 12). Zatem 1,6-difosforan fruktozy i glukozo-6-fosforan są defosforylowane przez specyficzne fosfatazy, a pirogronian jest fosforylowany, tworząc fosfoenolopirogronian przez dwa pośrednie etapy przez szczawiooctan. Tworzenie szczawiooctanu jest katalizowane przez karboksylazę pirogronianową. Enzym ten zawiera biotynę jako koenzym. Oksalooctan powstaje w mitochondriach, transportowany do cytozolu i wchodzi w skład glukoneogenezy. Należy zwrócić uwagę na fakt, że każda z nieodwracalnych reakcji glikolizy, wraz z odpowiednią nieodwracalną reakcją glukoneogenezy, stanowi cykl zwany substratem:

Istnieją trzy takie cykle - zgodnie z trzema nieodwracalnymi reakcjami. Cykle te służą jako punkty zastosowania mechanizmów regulacyjnych, w wyniku których przepływ metabolitów zmienia się wzdłuż ścieżki rozkładu glukozy lub wzdłuż ścieżki jej syntezy.

Kierunek reakcji pierwszego cyklu substratowego jest regulowany głównie przez stężenie glukozy. Podczas trawienia wzrasta stężenie glukozy we krwi. Aktywność glukokinazy w tych warunkach jest maksymalna. W wyniku tego przyspiesza się reakcję glikolityczną glukozy ® glukozo-6-fosforan. Ponadto insulina indukuje syntezę glukokinazy, a tym samym przyspiesza fosforylację glukozy. Ponieważ glukokinaza wątrobowa nie jest hamowana przez glukozo-6-fosforan (w przeciwieństwie do heksokinazy mięśniowej), główna część glukozo-6-fosforanu jest skierowana wzdłuż szlaku glikolitycznego.

Konwersja glukozo-6-fosforanu do glukozy jest katalizowana przez inną specyficzną fosfatazę - glukozo-6-fosfatazę. Jest obecny w wątrobie i nerkach, ale nie występuje w mięśniach i tkance tłuszczowej. Obecność tego enzymu pozwala tkance dostarczać glukozę do krwi.

Rozkład glikogenu z utworzeniem glukozo-1-fosforanu to fosforylaza. Synteza glikogenu przebiega całkowicie inną drogą, poprzez tworzenie glukozy z difosforanem urydyny i jest katalizowana przez syntazę glikogenu.

Drugi cykl substratu: konwersja fruktozo-1,6-bisfosforanu do fruktozo-6-fosforanu jest katalizowany przez specyficzny enzym 1,6-bisfosfatazę fruktozową. Enzym ten znajduje się w wątrobie i nerkach, znaleziono go również w mięśniach prążkowanych.

Kierunek reakcji drugiego cyklu substratowego zależy od aktywności fosfofruktokinazy i fosfatazy 1,6-bisfosforanu fruktozy. Aktywność tych enzymów zależy od stężenia fruktozo-2,6-bisfosforanu.

Fruktozo-2,6-bisfosforan powstaje przez fosforylację fruktozo-6-fosforanu z udziałem bifunkcyjnego enzymu (BIF), który także katalizuje reakcję odwrotną.

Aktywność kinazy występuje, gdy dwufunkcyjny enzym jest w postaci defosforylowanej (BIF-OH). Defosforylowana postać BIF jest charakterystyczna dla okresu wchłaniania, gdy wskaźnik insuliny-glukagonu jest wysoki.

Przy niskim wskaźniku insuliny i glukagonu charakterystycznym dla przedłużonego okresu głodzenia, występuje fosforylacja BIF i manifestacja jego aktywności fosfatazy, co powoduje zmniejszenie ilości fruktozo-2,6-bisfosforanu, spowolnienie glikolizy i przejście do glukoneogenezy.

Reakcje kinazy i fosfatazy są katalizowane przez różne miejsca aktywne BIF, ale w każdym z dwóch stanów enzymu - fosforylowanego i defosforylowanego - jedno z miejsc aktywnych jest hamowane.

Data dodania: 2015-09-18; Wyświetleń: 1298; ZAMÓWIENIE PISANIE PRACY

Glukoneogeneza w wątrobie

Glukoneogeneza jest syntezą glukozy z produktów innych niż węglowodany. Takie produkty lub metabolity to przede wszystkim kwas mlekowy i pirogronowy, tak zwane aminokwasy glikogeniczne i wiele innych związków. Innymi słowy, prekursorami glukozy w glukoneogenezie może być pirogronian lub dowolny związek, który przekształca się w pirogronian podczas katabolizmu lub jeden z produktów pośrednich cyklu kwasu trikarboksylowego. U kręgowców glukoneogeneza jest najbardziej intensywna w komórkach wątroby i nerek (kora).

Większość etapów glukoneogenezy to odwrócenie reakcji glikolizy. Tylko trzy reakcje glikolizy (heksokinaza, fosfofruktokinaza i kinaza pirogronianowa) są nieodwracalne, dlatego inne enzymy stosuje się w procesie glukoneogenezy w trzech etapach. Rozważ szlak syntezy glukozy z pirogronianu.

Tworzenie fosfoenolopirogronianu z pirogronianu. Syntezę fosfoenolopirogronianu prowadzi się w kilku etapach. Początkowo pirogronian pod wpływem karboksylazy pirogronianowej iz udziałem CO₂ a ATP jest karboksylowany (tak zwana aktywna forma CO₂, w tworzeniu których oprócz ATP bierze udział biotyna.) z tworzeniem szczawiooctanu:

Następnie, w wyniku dekarboksylacji i fosforylacji pod wpływem enzymu karboksykinazy fosfoenolopirogronianowej (nazwa enzymu jest podawana w reakcji odwrotnej), szczawiooctan jest przekształcany w fosfoenolopirogronian. Donorem pozostałości fosforanowej w reakcji jest trifosforan guanozyny (GTP):

Później stwierdzono, że zarówno cytoplazma, jak i enzymy mitochondrialne biorą udział w tworzeniu fosfoenolopirogronianu.

Pierwszy etap zlokalizowany jest w mitochondriach (ryc. 88). Karboksylaza pirogronianowa, która katalizuje tę reakcję, jest allosterycznym enzymem mitochondrialnym. Acetylo-CoA jest wymagany jako allosteryczny aktywator tego enzymu. Błona mitochondrialna jest nieprzepuszczalna dla powstałego szczawiooctanu. Ten ostatni jest również przywracany w malochondriach w jabłczanach:

Reakcja przebiega z udziałem mitochondrialnej zależnej od NAD dehydrogenazy jabłczanowej. W mitochondriach stosunek NADH₂/ NAD jest stosunkowo duży, a zatem szczawiooctan wewnątrzramowy jest łatwo przywracany do jabłczanu, który łatwo opuszcza mitochondria, przechodząc przez błonę mitochondrialną. W cytoplazmie stosunek NADH₂/ OVER jest bardzo mały i jabłczan jest ponownie utleniany do szczawiooctanu z udziałem cytoplazmatycznej zależnej od NAD dehydrogenazy jabłczanowej:

Dalsza konwersja szczawiooctanu do fosfoenolopirogronianu zachodzi w cytoplazmie komórki. Na rys. 89 przedstawia powyższy proces tworzenia fosfoenolopirogronianu z pirogronianu.

Konwersja 1,6-difosforanu fruktozy do fruktozo-6-fosforanu. Fosfoenolopirogronian powstały z pirogronianu przekształca się w 1,6-difosforan fruktozy w wyniku szeregu odwracalnych reakcji glikolizy. Następnie następuje reakcja fosfofruktokinazy, która jest nieodwracalna. Glukoneogeneza omija tę reakcję endergoniczną. Konwersja 1,6-difosforanu fruktozy do fruktozo-6-fosforanu jest katalizowana przez specyficzną fosfatazę:

Należy zauważyć, że bis-fosfataza fruktozowa jest hamowana przez AMP i aktywowana przez ATP, tj. Te nukleotydy mają wpływ na bis-fosfatazę fruktozy, przeciwną do ich wpływu na fosfofruktokinazę (patrz str. 329). Gdy stężenie AMP jest niskie i stężenie ATP jest wysokie, stymulowana jest glukoneogeneza. W przeciwieństwie do tego, gdy stosunek ATP / AMP jest niski, w komórce występuje podział glukozy.

Tworzenie glukozy z glukozo-6-fosforanu. W późniejszym odwracalnym etapie biosyntezy glukozy fruktozo-6-fosforan przekształca się w glukozo-6-fosforan. Te ostatnie mogą być defosforylowane (tj. Reakcja przebiega wokół reakcji heksokinazy) pod wpływem enzymu glukozo-6-fosfatazy:

Na rys. 89 przedstawia reakcje „omijające” w biosyntezie glukozy z pirogronianu i mleczanu. Warto zauważyć, że istnieje ścisły związek między glikolizą, która intensywnie występuje w tkance mięśniowej podczas jej aktywnej aktywności, a glukoneogenezą, szczególnie charakterystyczną dla tkanki wątroby. Przy maksymalnej aktywności mięśni w wyniku zwiększonej glikolizy nadmiar kwasu mlekowego dyfunduje do krwi. Znaczna część nadmiaru mleczanu w wątrobie jest przekształcana w glukozę (glukoneogeneza). Glukoza powstająca w wątrobie może być następnie wykorzystana jako substrat energetyczny niezbędny do aktywności tkanki mięśniowej. Związek między procesami glikolizy w tkance mięśniowej a glukoneogenezą w wątrobie pokazano na schemacie.

Metabolizm tlenowy pirogronianu

Komórki słabo zaopatrzone w tlen mogą częściowo lub całkowicie istnieć dzięki energii glikolizy. Jednak większość tkanek otrzymuje energię głównie z powodu procesów tlenowych (na przykład utlenianie pirogronianu). Podczas glikolizy kwas pirogronowy jest przywracany i przekształcany w kwas mlekowy - końcowy produkt metabolizmu beztlenowego; w przypadku przemiany tlenowej kwas pirogronowy ulega oksydacyjnej dekarboksylacji z wytworzeniem acetylo-CoA, który można następnie utlenić do wody i CO₂.

Utlenianie pirogronianu do acetylo-CoA (oksydacyjna dekarboksylacja kwasu pirogronowego)

Utlenianie pirogronianu do acetylo-CoA, katalizowane przez układ dehydrogenazy pirogronianowej, przebiega w kilku etapach (ryc. 90). Uczestniczą w nim trzy enzymy (dehydrogenaza pirogronianowa, lipoatacetylotransferaza, dehydrogenaza lipoamidowa) i pięć koenzymów (NAD, FAD, difosforan tiaminy, amid kwasu liponowego i koenzym A). W sumie reakcję można zapisać w następujący sposób:

Pirogronian + NAD + HS-KoA -> Acetylo-CoA + NADH₂ + Z₂

Reakcji towarzyszy znaczny spadek standardowej darmowej energii i jest praktycznie nieodwracalny.

Pierwszy etap oksydacyjnej dekarboksylacji pirogronianu jest katalizowany przez enzym dehydrogenazę pirogronianową (E₁); Koenzymem w tej reakcji jest TDF. Dzieli się₂, i pochodna hydroksyetylowa TDF powstaje z pirogronianu:

W drugim etapie procesu grupa hydroksyetylowa kompleksu E₁ - TDF-SNON-CH₃ jest przenoszony do amidu kwasu liponowego, który z kolei jest związany z enzymem lipoatacetylotransferazy (E₂). Acetyl jest związany ze zredukowaną postacią amidu kwasu liponowego, a TDF-E jest uwalniany.₁.

Lipoetan acetylu (połączony z kompleksem enzymu) następnie wchodzi w interakcje z koenzymem A (trzeci etap). Reakcja jest katalizowana przez enzym acetylotransferazę liponianu (E₂). Powstaje acetylo-CoA, który jest oddzielany od kompleksu enzymów:

W czwartym etapie następuje utlenianie zredukowanego kwasu liponowego do jego postaci dwusiarczkowej. Reakcja jest katalizowana przez enzym dehydrogenazę lipoamidową (E₃), który zawiera koenzym FAD, zdolny do zmniejszenia:

Wreszcie na piątym etapie, E₃-FADN₂ utleniony przez NAD. W wyniku reakcji utleniona forma E jest regenerowana.₃-Powstaje FAD i NADH₂:

Acetylo-CoA powstający w procesie oksydacyjnej dekarboksylacji ulega dalszemu utlenianiu z tworzeniem CO₂ i H₂A. Innymi słowy, całkowite utlenienie acetylo-CoA występuje w cyklu kwasu trikarboksylowego lub w cyklu Krebsa. Proces ten, jak również oksydacyjna dekarboksylacja pirogronianu, zachodzi w mitochondriach komórek.

Cykl glioksylanu

W roślinach wyższych i mikroorganizmach w procesie glukoneogenezy cykl glioksylanowy odgrywa ważną rolę. Dzięki temu cyklowi wyższe rośliny i mikroorganizmy są w stanie przekształcać metabolity dwuwęglanowe, a tym samym acetylo-CoA w węglowodany. W komórkach zwierzęcych nie ma dwóch kluczowych enzymów cyklu glioksylanowego: liaza izocytrynianowa i syntaza jabłczanowa, dlatego nie można w nich przeprowadzić tego cyklu.

Ogólny schemat cyklu glioksylanu można przedstawić w następujący sposób:

GLUKONOGENEZA

Glukoneogeneza jest syntezą glukozy z substancji o charakterze niewęglowodanowym, występujących głównie w wątrobie, a mniej intensywnie w korowej substancji nerek i śluzówce jelitowej.

Funkcją glukoneogenezy jest utrzymanie poziomu glukozy we krwi podczas długotrwałego głodzenia i intensywnego wysiłku fizycznego. Stałe spożycie glukozy jako źródła energii jest szczególnie potrzebne dla tkanki nerwowej i czerwonych krwinek.

Substraty glukoneogenezy - PCW, kwas mlekowy, gliceryna, aminokwasy. Ich włączenie do glukoneogenezy zależy od stanu fizjologicznego organizmu.

Większość reakcji glukoneogenezy to odwrotna glikoliza. Są one katalizowane przez te same enzymy, co odpowiadające im reakcje glikolizy.

Trzy reakcje glikolizy (heksokinaza (1), fosfofruktokinaza (3), pirogronian (10)) są nieodwracalne, a podczas glukoneogenezy inne enzymy działają na tych etapach.

Synteza glukozy z PVC.

Pierwszym etapem jest tworzenie fosfoenolopirogronianu z PCW.

a) karboksylacja PVA pod wpływem karboksylazy pirogronianowej z tworzeniem szczawiooctanu w mitochondriach:

Karboksylaza pirogronianowa jest enzymem mitochondrialnym, którego allosterycznym aktywatorem jest acetylo-KoA. W przypadku szczawiooctanu błona mitochondrialna jest nieprzenikniona, dlatego szczawiooctan w mitochondriach zamienia się w jabłczan z udziałem mitochondrialnej zależnej od NAD dehydrogenazy jabłczanowej:

Jabłczan opuszcza mitochondria przez błonę mitochondrialną do cytozolu, gdzie pod wpływem cytoplazmatycznej zależnej od NAD dehydrogenazy jabłczanowej utlenia się do szczawiooctanu:

b) dekarboksylacja i fosforylacja szczawiooctanu odbywa się w cytozolu komórki z utworzeniem fosfoenolopirogronianu; enzym - karboksykinaza fosfoenolopirogronianowa:

Etap 2 - konwersja fruktozo-1,6-bisfosforanu do fruktozo-6-fosforanu.

W wyniku odwracalnych reakcji glikolizy fosfoenolopirogronian przekształca się w fruktozo-1,6-fosforan. Następnie następuje nieodwracalna reakcja glikolizy fosfolystokinazy. Glukoneogeneza omija tę reakcję:

Trzecim etapem jest tworzenie glukozy z fruktozo-6-fosforanu.

Fruktozo-6-fosforan przekształca się w glukozo-6-fosforan, który ulega defosforylacji (reakcja zachodzi wokół heksokinazy) pod wpływem 6-fosfatazy glukozowej:

194.48.155.245 © studopedia.ru nie jest autorem opublikowanych materiałów. Ale zapewnia możliwość swobodnego korzystania. Czy istnieje naruszenie praw autorskich? Napisz do nas | Opinie.

Wyłącz adBlock!
i odśwież stronę (F5)
bardzo konieczne